Modelle der Kontrastcodierung Untersuchung mit der Heringschen Sehbedingung

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1 Modelle der Kontrastcodierung Untersuchung mit der Heringschen Sehbedingung Dissertation zur Erlangung des Doktorgrades der Philosophie (Dr. phil.) vorgelegt der Philosophischen Fakultät der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg, Fachbereich Geschichte, Philosophie und Sozialwissenschaften von Eike Richter geb. am 17. August 1971 in Berlin Gutachter: Prof. Dr. Dieter Heyer PD Dr. Johannes Andres Tag der Verteidigung: 30. April 2003 urn:nbn:de:gbv: [

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3 Einleitung In der Allgemeinen Psychologie wird der Beginn experimenteller Befunderhebungen oft mit Wilhelm Wundt ( ) in Verbindung gebracht, obgleich zahlreiche Beispiele für systematische psychologische Beobachtungen auch schon sehr viel früher belegt sind. Genannt sei als herausragendes Exempel Johann Wolfgang von Goethe, der seine Farbenlehre ( ) selbst als sein bedeutendstes Werk bezeichnete. In der Wahrnehmungsforschung entstanden neben solchen eher phänomenologisch orientierten Arbeiten die Ansätze der Psychophysik, deren Gründung Gustav Theodor Fechner ( ) zugeschrieben wird. Diese Forschungstradition widmete sich der mathematische Beschreibung von Gesetzmäßigkeiten, die die Wahrnehmungen mit physikalischen Eigenschaften der auslösenden Reize verbindet. In der Farbwahrnehmungsforschung war dieses Vorhaben lange von dem Ziel geleitet, jedes Licht eindeutig durch einen Code beschreiben zu wollen, um Vorhersagen darüber treffen zu können, wann zwei physikalische Reize als gleich wahrgenommen werden. Dies leistete die Newton-Young-Helmholtz-Theorie für isolierte Lichtpunkte in ansonsten dunkler Umgebung. Eine Verallgemeinerung auf die Situation beliebig eingefärbter Umgebungen liefert nun eine sehr viel reichhaltigere Menge möglicher Wahrnehmungseindrücke. Das Interesse psychophysikalischer Forschung an solchen Kontrastreizen hat eine lange Tradition, die bis heute ungebrochen ist. Vor allem die phänomenologische Forschung hat für diese Reizklasse zum theoretischen Verständnis beigetragen und ein fruchtbares Problembewußtsein etabliert. Eines dieser Probleme betrifft die Frage, ob sich ebenso wie in der Situation isolierter Lichtpunkte immer ein Gleichheitseindruck herstellen lässt zwischen zwei Lichtern, die sich in unterschiedlich eingefärbten Umgebungen befinden. Es gibt gute Gründe anzunehmen, dass hier stets gewisse wenn auch subtile, so doch nicht zu i

4 ii beseitigende Unterschiedlichkeiten der Empfindungen trotz aller Bemühungen, einen Abgleich zu erzielen, bestehen bleiben müssen. Die Mechanismen, die für diesen Befund verantwortlich gemacht werden können, sind verschiedentlich mit dem Wahrnehmungsziel des visuellen Systems in Verbindungen gebracht worden, Farbflächen der Aussenwelt in einen Objekt- und einen Beleuchtungsaspekt aufzuspalten. Solche Befunde werden durch gegenwärtige Modelle der Kontrastcodierung nicht abgedeckt. Fasst man sie allerdings als Beschreibung rein retinaler Mechanismen auf, und wären die Mechanismen zur Erzeugung des dualen Codes andernorts lokalisiert, so könnten die Schwierigkeiten womöglich vermieden werden. Eine geeignete Methode der experimentellen Untersuchung bietet die Heringsche Sehbedingung, denn bei entsprechenden Abgleichen zeigen sich die genannten Ambiguitäten nicht. Die Tatsache, dass die Sehbedingung hochgradig unnatürlich ist, bedeutet keine Einschränkung. Sie muss vielmehr im Sinne physikalischer Experimente verstanden werden. Auch dort werden störende Einflüsse natürlicher Situationen systematisch beseitigt, um bestimmte Effekte in isolierter Form erzeugen zu können. Im vorliegenden Falle wäre dies die Bereinigung retinaler Mechanismen von komplexeren Mechanismen der Beleuchtungsschätzung. Damit können zuletzt auch Widersprüche zwischen solchen Modellen, die rein kontrastbasierte Codes postulieren, und solchen, die die Daten aus klassischen asymmetrischen Farbabgleichen vorherzusagen versuchen, einer Klärung zugeführt werden. Zu Beginn dieser Arbeit wird eine kurze Einführung in die Konzepte der Farbwahrnehmungsforschung erfolgen. Nach einer Begriffsklärung für Kontextfarben werden die wichtigsten experimentellen Methoden vorgestellt, mit denen man sich dem Problemkreis genähert hat. Es schließt sich eine Darstellung der wichtigsten Vertreter linearer Kontrastcodierungsmodelle an. Die Ziele der vorliegenden Arbeit werden sodann unterteilt in zwei Strängen verfolgt die Prüfung der Modelle und die Prüfung der experimentellen Methode. Die Erläuterung des Versuchsaufbaus und der sieben Experimente wird zum Teil getrennt von den Auswertungen erfolgen, da oft eine thematische Unterteilung im Sinne der zwei Stränge vorzuziehen war. Eine Ausnahme bilden die Schwellenerhebungen, die

5 Einleitung iii einige Teilergebnisse der vorangegangenen Experimentalserie zu bewerten helfen sollten. In der generellen Diskussion werden noch einige grobkörnigere Auswertungen vorgenommen, um dem Leser einen Überblick über die Ergebnisse zu verschaffen. Die Arbeit schließt mit einem Ausblick. Danksagung Vor allen möchte ich Johannes Andres für seine engagierte und sachkundige Einführung in die Problematik der Kontrastkodierung und seine entscheidenden Impulse auf die thematische und formale Ausrichtung der Arbeit danken. Franz Faul gebührt mein Dank für seine Hilfsbereitschaft in unzähligen Konsultationen zu Fragen der Programmierung. Dieter Heyer hatte als Adoptivbetreuer zum einen durch die Bereitstellung eines Farblabors und zum anderen durch unschätzbare, seelsorgerische Unterstützung entscheidenden Anteil am Gelingen der Arbeit. Professor Mausfeld gab wertvolle Hinweise zur generellen Ausrichtung des Forschungsvorhabens. Er stellte mir zudem nicht nur ein Labor zur Verfügung, sondern ermöglichte damit auch den regen Austausch mit weiteren Forschern der Arbeitsgruppe. Herausgehoben seien Vebjørn Ekroll und Reinhard Niederée für fruchtbare Diskussionen auch über die Grenzen der Kontrastcodierung hinaus. Sven Schultz sei für die Durchführungen der Dichromasieexperimente im Rahmen seiner Diplomarbeit bedankt. Dank schulde ich auch den Versuchspersonen für ihre unermüdlichen Datenlieferungen.

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7 Inhaltsverzeichnis 1 Einführung Trichromasie Charakterisierung von Lichtern Von spektralen Verteilungen zu Graßmanncodes Erklärungsgegenstand der Trichromatizitätstheorie Relationale Primärcodierung Reduzierteste Kontextfarben Simultankontrast Kontrastcodierung Stand der Forschung Methoden der Kontrastcodierungsforschung Äquilibriumseinstellungen Asymmetrischer Farbabgleich cross-context matching Adaptationsexperimente v

8 vi Die Heringsche Sehbedingung und ihre Nachfolger Modelle der Kontrastcodierung Der von Kriessche Koeffizientensatz Das Ratioprinzip Der Koeffizientensatz für Differenzsignale Zweifacher Kontexteinfluss der two process-ansatz Inkrement-Dekrement-Asymmetrie das Oktantenmodell Ziele der vorliegenden Untersuchung Zur Prüfung der Kontrascodierungsmodelle Notwendige Bedingungen der Modellgültigkeit Kanalspezifische Kontrastmechanismen Linearität Vergleichende Modelltests Zur Tauglichkeit der verwendeten Sehbedingung Augenunterschiede und die fixierte Referenz Transitivität Unabhängigkeit Experimente Experimenteller Aufbau Apparative Realisierungen der Sehbedingung

9 Inhaltsverzeichnis vii Datenerhebung Reizeigenschaften Versuchspersonen Modelltests Experiment 1 Kontextreize Experiment 2 Abgleichsaufgabe für Dichromaten Experiment 3 Inkrementelle und dekrementelle Skalen Experiment 4 Systematische Kontextvariationen Ergebnisse der Modelltests Zur Annahme der Linearität Zur Kanalspezifität Vergleichende Modelltests Untersuchung der experimentellen Methode Experiment 5 Isolierte Lichter Zu den Augenunterschieden Zur Annahme der Unabhängigkeit Experimente 6 und 7 Unterschiedsschwellen Linearität, Kanalspezifität und vergleichende Modelltests Unabhängigkeit Diskussion der Befunde 161

10 5.1 Die Modelle Das Paradigma Ausblick Anhang 173 A Datenauswertung nach dem ALM B Schätzung der Korrekturtransformationen C Weitere Ergebnisdiagramme D Ergebnistabellen Abbildungsverzeichnis 190 Tabellenverzeichnis 195 Literaturverzeichnis 197